加熱器
【課題】本発明は、加熱器に関する。
【解決手段】本発明の加熱器は、絶縁基板と、複数の行電極と、複数の列電極と、複数のカーボンナノチューブ加熱素子と、を備える。前記複数の行電極は、互いに平行し、等間隔に前記絶縁基板の１つの表面に設置され、前記複数の列電極は、互いに平行し、等間隔に前記絶縁基板の前記表面に設置され、該複数の行電極と該複数の列電極は交叉して、複数の格子を形成する。前記複数の格子と複数のカーボンナノチューブ加熱素子は、一対一に対応し、且つ各々のカーボンナノチューブ加熱素子がそれぞれ対応した格子の行電極及び列電極に電気的に接続される。少なくとも１つのカーボンナノチューブ加熱素子が、独立した加熱点として制御される。
【解決手段】本発明の加熱器は、絶縁基板と、複数の行電極と、複数の列電極と、複数のカーボンナノチューブ加熱素子と、を備える。前記複数の行電極は、互いに平行し、等間隔に前記絶縁基板の１つの表面に設置され、前記複数の列電極は、互いに平行し、等間隔に前記絶縁基板の前記表面に設置され、該複数の行電極と該複数の列電極は交叉して、複数の格子を形成する。前記複数の格子と複数のカーボンナノチューブ加熱素子は、一対一に対応し、且つ各々のカーボンナノチューブ加熱素子がそれぞれ対応した格子の行電極及び列電極に電気的に接続される。少なくとも１つのカーボンナノチューブ加熱素子が、独立した加熱点として制御される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱器に関し、特にカーボンナノチューブを応用した加熱器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
加熱器は、熱を生成するために利用され、我々の生活、生産及び研究において重要な作用を有するので、例えば真空加熱器、赤外治療機器、電暖房器などに広く応用されている。
【０００３】
図１は、特許文献１に記載された加熱器である。前記加熱器１０は、基底１１と、複数の支持バット１２と、複数の加熱ユニット１４と、導電体１６と、絶縁材料層１３と、制御装置（図に示せず）と、を備える。前記複数の支持バット１２は、間隔を置いて前記基底１１に配置される。前記各々の加熱ユニット１４は、それぞれ前記各々の支持バット１２に対応して、前記支持バット１２の上に配置される。前記絶縁材料層１３は、前記支持バット１２と加熱ユニット１４の間に配置されて、前記支持バット１２と加熱ユニット１４を互いに絶縁させる。前記加熱ユニット１４は、前記導電体１６を通じて前記制御装置に電気的に接続される。前記制御装置は、前記各々の加熱ユニット１４を独立に制御することができるので、異なる用途において、局部的な定点を加熱し、又は全体を加熱することを実現できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００５／０２５２９０６号明細書
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ｋａｉｌｉ Ｊｉａｎｇ、Ｑｕｎｑｉｎｇ Ｌｉ、Ｓｈｏｕｓｈａｎ Ｆａｎ、“Ｓｐｉｎｎｉｎｇ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｙａｒｎｓ”、Ｎａｔｕｒｅ、２００２年、第４１９巻、ｐ．８０１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、前記加熱器１０の加熱ユニット１４は、通常、導電陶器、導電ガラス又は金属からなる。且つ、前記加熱器１０の加熱ユニット１４の密度が大きいので、前記加熱器１０の重量が重い。従って、前記加熱器１０を用いた部品は、軽便、携帯性などの要望を満たさないので、前記加熱器１０の応用範囲が制限される。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
従って、前記課題を解決するために、本発明は重量が軽く、応用範囲が広い加熱器を提供する。
【０００８】
本発明の加熱器は、絶縁基板と、複数の行電極と、複数の列電極と、複数の加熱素子と、を備える。前記複数の行電極は、互いに平行し、等間隔に前記絶縁基板の１つの表面に設置され、前記複数の列電極は、互いに平行し、等間隔に前記絶縁基板の前記行電極が設置された表面に設置され、該複数の行電極と該複数の列電極は交叉し、隣接する二つの行電極と、隣接する二つの列電極とは、１つの加熱ユニットを画定し、各々の前記加熱ユニットに一つの前記加熱素子が設置される。前記加熱ユニットに、更に第一電極と第二電極が設置されており、前記第一電極と第二電極とは間隔を置いて、前記加熱素子に電気的に接続され、且つ別々に前記行電極と列電極とに接続される。前記加熱素子は、少なくとも１つのカーボンナノチューブ構造体、カーボンナノチューブ複合体又はカーボンナノチューブサイジング層からなる。
【０００９】
本発明の加熱器は、絶縁基板と、複数の行電極と、複数の列電極と、複数のカーボンナノチューブ加熱素子と、を備える。前記複数の行電極は、互いに平行し、等間隔に前記絶縁基板の１つの表面に設置され、前記複数の列電極は、互いに平行し、等間隔に前記絶縁基板の前記行電極が設置された表面に設置され、該複数の行電極と該複数の列電極は交叉して、複数の格子を形成する。前記複数の格子と複数のカーボンナノチューブ加熱素子は、一対一に対応し、且つ各々のカーボンナノチューブ加熱素子がそれぞれ対応した格子の行電極及び列電極に電気的に接続される。少なくとも１つのカーボンナノチューブ加熱素子が、独立した加熱点として制御される。
【発明の効果】
【００１０】
従来の技術と比べて、本発明の加熱器は以下の優れた点を有する。まず、前記加熱器の加熱素子は、少なくとも１つのカーボンナノチューブ構造体、カーボンナノチューブ複合体又はカーボンナノチューブサイジング層からなり、且つそれらの密度が小さいので、前記加熱器の重量が軽い。従って、軽便、携帯性を必要とする装置に用いられることができ、即ち本発明の加熱器の応用範囲が広い。次に、カーボンナノチューブフィルムは薄く、その単位面積当たりの熱容量が低いので、前記加熱素子の温度レスポンスが速い。従って、前記加熱器の熱応答が速く、エネルギー消費が小さく、熱輻射効率が高い。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】従来の加熱器の構造を示す図である。
【図２】本発明加熱器の実施例１の構造を示す図である。
【図３】図２のＩＶ−ＩＶに沿った断面図である。
【図４】図２に示す加熱器に採用されたドローン構造カーボンナノチューブフィルムの走査型電子顕微鏡写真である。
【図５】図４中のカーボンナノチューブフィルムのカーボンナノチューブセグメントの構造を示す図である。
【図６】図２に示す加熱器に採用された非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤねじれ状カーボンナノチューブワイヤである。
【図７】図２に示す加熱器に採用されたねじれ状カーボンナノチューブワイヤねじれ状カーボンナノチューブワイヤである。
【図８】図２に示す加熱器に採用されたカーボンナノチューブが配向せずに配置されるプレシッド構造カーボンナノチューブフィルムの走査型電子顕微鏡写真である。
【図９】図２に示す加熱器に採用されたカーボンナノチューブが配向して配置されるプレシッド構造カーボンナノチューブフィルムの走査型電子顕微鏡写真である。
【図１０】図２に示す加熱器に採用された綿毛構造カーボンナノチューブフィルムの走査型電子顕微鏡写真である。
【図１１】図２に示す加熱器の１つの加熱ユニットの走査型電子顕微鏡写真である。
【図１２】図１１に示す加熱ユニットの側面走査型電子顕微鏡写真である。
【図１３】本発明の加熱器に流れた電流と前記加熱器の上昇温度の関係を示す図である。
【図１４】本発明の加熱器の熱応答速度を示す図である。
【図１５】本発明の加熱器の実施例２の構造を示す図である。
【図１６】図１５のＸＶＩ−ＸＶＩを沿う断面図である。
【図１７】図４中のカーボンナノチューブフィルムを引き出す見取り図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
【００１３】
（実施例１）
図２及び図３を参照すると、本実施例１の加熱器２０は、絶縁基板２０２と、複数の行電極２０４と、複数の列電極２０６と、複数の加熱ユニット２２０と、を備える。前記複数の行電極２０４は、互いに平行し、等間隔に前記絶縁基板２０２の１つの表面に設置される。前記複数の列電極２０６は、互いに平行し、等間隔に前記絶縁基板２０２の前記行電極２０４が設置された表面に設置されている。該複数の行電極２０４と該複数の列電極２０６は、交叉して前記絶縁基板２０２に設置されている。該複数の行電極２０４と該複数の列電極２０６とが短路することを防止するために、交叉する場所に絶縁層２１６が設置されている。隣接する二つの行電極２０４と、隣接する二つの列電極２０６とは、複数の格子２１４を形成している。一つの格子２１４に一つの前記加熱ユニット２２０が設置されている。
【００１４】
前記絶縁基板２０２は、剛性材料又は柔軟性材料からなる。前記剛性材料は、石英、セラミック、ガラス、樹脂、二酸化ケイ素である。前記柔軟性材料は、プラスチックまたはファイバーである。前記絶縁基板２０２が柔軟性材料からなる場合、前記加熱器２０を曲げることができる。本実施例において、前記絶縁基板２０２は石英からなり、その厚さが１ｍｍであり、その辺長が４８ｍｍである。
【００１５】
前記複数の行電極２０４と複数の列電極２０６とは、導電体又は導電体（例えば、金属）で被覆された絶縁体からなる。前記複数の行電極２０４と複数の列電極２０６とが交差して成る角度は、１０度〜９０度であるが、９０度であることが好ましい。隣接する前記行電極２０４の間の距離及び隣接する前記列電極２０６の間の距離は、それぞれ５０μｍ〜２ｃｍである。単一の前記行電極２０４の幅及び単一の前記列電極２０６の幅は、それぞれ３０μｍ〜１００μｍであり、その厚さがそれぞれ１０μｍ〜５０μｍである。前記複数の行電極２０４及び複数の列電極２０６は、スクリーン印刷方法によって、導電ペーストを前記絶縁基板２０２に印刷して形成されたものである。前記導電ペーストは、金属粉末、低融点ガラス粉末及び接着剤を含む。ここで、前記金属粉末が銀の粉末であり、前記接着剤がテルピネオール又はエチルセルロースであることが好ましい。前記導電ペーストにおける前記金属粉の質量パーセンテージの含有量は５０〜９０ｗｔ％であり、前記低融点ガラスパウダーの質量パーセンテージの含有量は２〜１０ｗｔ％であり、前記接着剤の質量パーセンテージの含有量は１０〜４０ｗｔ％である。
【００１６】
前記加熱ユニット２２０は、複数の行及び列で配列して、加熱マトリックスに形成されている。各々の加熱ユニット２２０は、１つの加熱点として機能する。各々の前記加熱ユニット２２０は、加熱素子２０８と、第一電極２１０と、第二電極２１２と、を含む。該第一電極２１０と第二電極２１２とは対向し、分離して絶縁的に配置される。前記各々の加熱ユニット２２０において、該第一電極２１０と第二電極２１２の間の距離が１０μｍ〜２ｃｍである。前記加熱素子２０８は、前記第一電極２１０と第二電極２１２の間に配置され、且つそれぞれ前記第一電極２１０及び第二電極２１２に電気的に接続される。前記加熱素子２０８からの熱が前記絶縁基板２０２で吸収されることを防止するために、前記加熱素子２０８が前記絶縁基板２０２と所定の距離で離れるように配置される。前記加熱素子２０８と前記絶縁基板２０２の間の距離が、１０μｍ〜２ｃｍであり、１ｍｍであることが好ましい。本実施例において、同じ行に沿って配列された前記複数の加熱ユニット２２０における前記第一電極２１０は、該行の行電極２０４に電気的に接続されている。同じ列に沿って配列された前記複数の加熱ユニット２２０における前記第二電極２１２が、該列の列電極２０６に電気的に接続されている。
【００１７】
前記第一電極２１０と第二電極２１２は、導電体である。例えば、前記第一電極２１０と第二電極２１２は、金属層である。前記第二電極２１２は、前記列電極２０６と一体成型されることができる。この場合、前記第二電極２１２は、前記列電極２０６から延びて形成された凸部であることができる。同様に、前記第一電極２１０は、前記行電極２０４と一体成型されることができる。この場合、前記第一電極２１０は、前記行電極２０４から延びて形成された凸部であることができる。本実施例において、前記第一電極２１０と第二電極２１２は、平面導電体であり、その大きさが前記格子２１４の大きさと関係する。前記第二電極２１２は、前記列電極２０６に直接的に接続され、前記第一電極２１０は、前記行電極２０４に直接的に接続される。前記第一電極２１０と第二電極２１２は、それぞれ長さが２０μｍ〜１．５ｃｍであり、幅が３０μｍ〜１ｃｍであり、厚さが１０μｍ〜５００μｍであるが、長さが１００μｍ〜７００μｍであり、幅が５０μｍ〜５００μｍであり、厚さが２０μｍ〜１００μｍであることが好ましい。前記第一電極２１０と第二電極２１２は、導電パルプからなり、シルクスクリーンの印刷法で前記絶縁基板２０２に印刷して形成される。前記第一電極２１０と第二電極２１２は、前記行電極２０４と前記列電極２０６の材料と同じである。
【００１８】
前記加熱素子２０８は、複数のカーボンナノチューブのみからなるカーボンナノチューブ構造体、又は複数のカーボンナノチューブと基材からなるカーボンナノチューブ複合材料体を含む。前記基材は、無機材料、金属材料又はポリマーであり、例えば、酸化アルミニウム、銀、銅、ニッケルなどの優れた熱伝導性を有する材料からなることが好ましい。
【００１９】
前記カーボンナノチューブ構造体は、分子間力で緊密に接続した複数のカーボンナノチューブを含む。前記カーボンナノチューブ構造体は、自立構造の薄膜の形状に形成されている。ここで、自立構造とは、支持体材を利用せず、前記カーボンナノチューブ構造体を独立して利用することができるという形態のことである。すなわち、前記カーボンナノチューブ構造体を対向する両側から支持して、前記カーボンナノチューブ構造体の構造を変化させずに、前記カーボンナノチューブ構造体を懸架させることができることを意味する。例えば、カーボンナノチューブワイヤ構造体又はカーボンナノチューブフィルム構造体である。前記カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブ又は多層カーボンナノチューブである。前記カーボンナノチューブが単層カーボンナノチューブである場合、直径は０．５ｎｍ〜５０ｎｍに設定され、前記カーボンナノチューブが二層カーボンナノチューブである場合、直径は１ｎｍ〜５０ｎｍに設定され、前記カーボンナノチューブが多層カーボンナノチューブである場合、直径は１．５ｎｍ〜５０ｎｍに設定される。該カーボンナノチューブ構造体は大きな比表面積（例えば、１００ｍ２／ｇ以上）を有する。該カーボンナノチューブ構造体の単位体積当たりの熱容量は、０（０は含まず）〜２×１０−４Ｊ／ｃｍ２・Ｋであるが、好ましくは、０（０は含まず）〜１．７×１０−６Ｊ／ｃｍ２・Ｋであり、本実施例では、１．７×１０−６Ｊ／ｃｍ２・Ｋである。前記カーボンナノチューブ構造体の熱容量が小さいので、前記カーボンナノチューブ構造体からなる加熱部品の熱応答速度が速く、物体に対する加熱時間を短縮させることが出来る。
【００２０】
前記カーボンナノチューブ構造体には、複数のカーボンナノチューブが均一に分散されている。該複数のカーボンナノチューブは分子間力で接続されている。前記カーボンナノチューブ構造体に、前記複数のカーボンナノチューブが配向し又は配向せずに配置されている。前記複数のカーボンナノチューブの配列方式により、前記カーボンナノチューブ構造体は非配向型のカーボンナノチューブ構造体及び配向型のカーボンナノチューブ構造体の二種に分類される。本実施例における非配向型のカーボンナノチューブ構造体では、カーボンナノチューブが異なる方向に沿って配置され、又は絡み合っている。配向型のカーボンナノチューブ構造体では、前記複数のカーボンナノチューブが同じ方向に沿って配列している。又は、配向型のカーボンナノチューブ構造体において、配向型のカーボンナノチューブ構造体が二つ以上の領域に分割される場合、各々の領域における複数のカーボンナノチューブが同じ方向に沿って配列されている。この場合、異なる領域におけるカーボンナノチューブの配列方向は異なる。
【００２１】
前記カーボンナノチューブ構造体は、少なくとも一枚の、厚さが０．５ｎｍ〜１０μｍであるカーボンナノチューブフィルム、少なくとも一本の、直径が０．５ｎｍ〜１０μｍであるカーボンナノチューブワイヤ又は前記カーボンナノチューブフィルム及びカーボンナノチューブワイヤを組み合わせて形成する物である。
【００２２】
本発明のカーボンナノチューブ構造体としては、以下の（一）〜（四）のものが挙げられる。
【００２３】
（一）ドローン構造カーボンナノチューブフィルム
前記カーボンナノチューブ構造体は、図４に示す、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルム１４３ａを含む。このカーボンナノチューブフィルムはドローン構造カーボンナノチューブフィルム（ｄｒａｗｎ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｆｉｌｍ）である。前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａは、超配列カーボンナノチューブアレイ（非特許文献１を参照）から引き出して得られたものである。単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおいて、複数のカーボンナノチューブが同じ方向に沿って、端と端が接続されている（図１７を参照する）。即ち、単一の前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａは、分子間力で長さ方向端部同士が接続された複数のカーボンナノチューブを含む。また、前記複数のカーボンナノチューブは、前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａの表面に平行して配列されている。図４及び図５を参照すると、単一の前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａは、複数のカーボンナノチューブセグメント１４３ｂを含む。前記複数のカーボンナノチューブセグメント１４３ｂは、長さ方向に沿って分子間力で端と端が接続されている。それぞれのカーボンナノチューブセグメント１４３ｂは、相互に平行に、分子間力で結合された複数のカーボンナノチューブ１４５を含む。単一の前記カーボンナノチューブセグメント１４３ｂにおいて、前記複数のカーボンナノチューブ１４５の長さが同じである。前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａを有機溶剤に浸漬させることにより、前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａの強靭性及び機械強度を高めることができる。有機溶剤に浸漬された前記カーボンナノチューブフィルムの単位面積当たりの熱容量が低くなるので、加熱素子の温度レスポンスを速くすることができる。前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａの幅は１００μｍ〜１０ｃｍに設けられ、厚さは０．５ｎｍ〜１００μｍに設けられる。
【００２４】
前記カーボンナノチューブ構造体は、積層された複数の前記カーボンナノチューブフィルムを含むことができる。この場合、隣接する前記カーボンナノチューブフィルムは、分子間力で結合されている。隣接する前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブは、それぞれ０°〜９０°の角度で交差している。隣接する前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが０°以上の角度で交差する場合、前記カーボンナノチューブ構造体に複数の微孔が形成される。又は、前記複数のカーボンナノチューブフィルムは、隙間なく並列されることもできる。
【００２５】
前記カーボンナノチューブフィルムの製造方法は次のステップを含む。
【００２６】
第一ステップでは、カーボンナノチューブアレイを提供する。該カーボンナノチューブアレイは、超配列カーボンナノチューブアレイ（Ｓｕｐｅｒａｌｉｇｎｅｄ ａｒｒａｙ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ，非特許文献１を参照）であり、該超配列カーボンナノチューブアレイの製造方法は、化学気相堆積法を採用する。該製造方法は、次のステップを含む。ステップ（ａ）では、平らな基材を提供し、該基材はＰ型のシリコン基材、Ｎ型のシリコン基材及び酸化層が形成されたシリコン基材のいずれか一種である。本実施例において、４インチのシリコン基材を選択することが好ましい。ステップ（ｂ）では、前記基材の表面に、均一的に触媒層を形成する。該触媒層の材料は鉄、コバルト、ニッケル及びその２種以上の合金のいずれか一種である。ステップ（ｃ）では、前記触媒層が形成された基材を７００℃〜９００℃の空気で３０分〜９０分間アニーリングする。ステップ（ｄ）では、アニーリングされた基材を反応炉に置き、保護ガスで５００℃〜７４０℃の温度で加熱した後で、カーボンを含むガスを導入して、５分〜３０分間反応を行って、超配列カーボンナノチューブアレイ（Ｓｕｐｅｒａｌｉｇｎｅｄ ａｒｒａｙ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ，非特許文献１）を成長させることができる。該カーボンナノチューブアレイの高さは１００マイクロメートル以上である。該カーボンナノチューブアレイは、互いに平行し、基材に垂直するように成長する複数のカーボンナノチューブからなる。該カーボンナノチューブは、長さが長いため、部分的にカーボンナノチューブが互いに絡み合っている。成長の条件を制御することによって、前記カーボンナノチューブアレイは、例えば、アモルファスカーボン及び残存する触媒である金属粒子などの不純物を含まなくなる。
【００２７】
本実施例において、前記カーボンを含むガスとしては例えば、アセチレン、エチレン、メタンなどの活性な炭化水素が選択され、エチレンを選択することが好ましい。保護ガスは窒素ガスまたは不活性ガスであり、アルゴンガスが好ましい。
【００２８】
本実施例により提供されたカーボンナノチューブアレイは、前記の製造方法により製造されることに制限されず、アーク放電法またはレーザー蒸発法で製造してもよい。
【００２９】
第二ステップでは、前記カーボンナノチューブアレイから、少なくとも、一枚のカーボンナノチューブフィルムを引き伸ばす。まず、ピンセットなどの工具を利用して複数のカーボンナノチューブの端部を持つ。例えば、一定の幅を有するテープを利用して複数のカーボンナノチューブの端部を持つ。次に、所定の速度で前記複数のカーボンナノチューブを引き出し、複数のカーボンナノチューブセグメントからなる連続のカーボンナノチューブフィルムを形成する。
【００３０】
前記複数のカーボンナノチューブを引き出す工程において、前記複数のカーボンナノチューブがそれぞれ前記基材から脱離すると、分子間力で前記カーボンナノチューブセグメントが端と端で接合され、連続のカーボンナノチューブフィルムが形成される。
【００３１】
（二）カーボンナノチューブワイヤ
前記カーボンナノチューブ構造体は少なくとも一本のカーボンナノチューブワイヤを含む。一本の前記カーボンナノチューブワイヤの熱容量は、０（０は含まず）〜２×１０−４Ｊ／ｃｍ２・Ｋであり、５×１０−５Ｊ／ｃｍ２・Ｋであることが好ましい。一本の前記カーボンナノチューブワイヤの直径は４．５ｎｍ〜１ｃｍである。図６を参照すると、前記カーボンナノチューブワイヤは、分子間力で接続された複数のカーボンナノチューブからなる。この場合、一本のカーボンナノチューブワイヤ（非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ）は、端と端とが接続された複数のカーボンナノチューブセグメント（図示せず）を含む。前記カーボンナノチューブセグメントは、同じ長さ及び幅を有する。さらに、各々の前記カーボンナノチューブセグメントに、同じ長さの複数のカーボンナノチューブが平行に配列されている。前記複数のカーボンナノチューブはカーボンナノチューブワイヤの中心軸に平行に配列されている。この場合、一本の前記カーボンナノチューブワイヤの直径は、１μｍ〜１ｃｍである。図７を参照すると、前記カーボンナノチューブワイヤをねじり、ねじれ状カーボンナノチューブワイヤを形成することができる。ここで、前記複数のカーボンナノチューブは前記カーボンナノチューブワイヤの中心軸を軸に、螺旋状に配列されている。この場合、一本の前記カーボンナノチューブワイヤの直径は、１μｍ〜１ｃｍである。前記カーボンナノチューブ構造体は、前記非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ、ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ又はそれらの組み合わせのいずれか一種からなる。
【００３２】
前記カーボンナノチューブワイヤを形成する方法は、カーボンナノチューブアレイから引き出してなるカーボンナノチューブフィルムを利用する。前記カーボンナノチューブワイヤを形成する方法は、次の三種がある。第一種では、前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの長手方向に沿って、前記カーボンナノチューブフィルムを所定の幅で切断し、カーボンナノチューブワイヤを形成する。第二種では、前記カーボンナノチューブフィルムを有機溶剤に浸漬させて、前記カーボンナノチューブフィルムを収縮させてカーボンナノチューブワイヤを形成することができる。第三種では、前記カーボンナノチューブフィルムを機械加工（例えば、紡糸工程）してねじれたカーボンナノチューブワイヤを形成する。詳しく説明すれば、まず、前記カーボンナノチューブフィルムを紡糸装置に固定させる。次に、前記紡糸装置を動作させて前記カーボンナノチューブフィルムを回転させ、ねじれたカーボンナノチューブワイヤを形成する。
【００３３】
（三）プレシッド構造カーボンナノチューブフィルム
前記カーボンナノチューブ構造体は、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを含む。このカーボンナノチューブフィルムは、プレシッド構造カーボンナノチューブフィルム（ｐｒｅｓｓｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｆｉｌｍ）である。単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおける複数のカーボンナノチューブは、等方的に配列されているか、所定の方向に沿って配列されているか、または、異なる複数の方向に沿って配列されている。前記カーボンナノチューブフィルムは、押し器具を利用することにより、所定の圧力をかけて前記カーボンナノチューブアレイを押し、該カーボンナノチューブアレイを圧力で倒すことにより形成された、シート状の自立構造を有するものである。前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの配列方向は、前記押し器具の形状及び前記カーボンナノチューブアレイを押す方向により決められている。
【００３４】
図９を参照すると、単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが配向せずに配置される。該カーボンナノチューブフィルムは、等方的に配列されている複数のカーボンナノチューブを含む。隣接するカーボンナノチューブが分子間力で相互に引き合い、接続する。該カーボンナノチューブ構造体が平面等方性を有する。該カーボンナノチューブフィルムは、平面を有する押し器具を利用して、カーボンナノチューブアレイが成長された基板に垂直な方向に沿って前記カーボンナノチューブアレイを押すことにより形成される。
【００３５】
図８を参照すると、単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが配向して配列される。該カーボンナノチューブフィルムは、同じ方向に沿って配列された複数のカーボンナノチューブを含む。ローラー形状を有する押し器具を利用して、同じ方向に沿って前記カーボンナノチューブアレイを同時に押す場合、基本的に同じ方向に配列されるカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブフィルムが形成される。また、ローラー形状を有する押し器具を利用して、異なる方向に沿って、前記カーボンナノチューブアレイを同時に押す場合、前記異なる方向に沿って、選択的な方向に配列されるカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブフィルムが形成される。
【００３６】
前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの傾斜の程度は、前記カーボンナノチューブアレイにかけた圧力に関係する。前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブと該カーボンナノチューブフィルムの表面とは、角度αを成し、該角度αは０°以上１５°以下である。好ましくは、前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが該カーボンナノチューブフィルムの表面に平行する（即ち、角度αは０°である）。前記圧力が大きくなるほど、前記傾斜の程度が大きくなる。前記カーボンナノチューブフィルムの厚さは、前記カーボンナノチューブアレイの高さ及び該カーボンナノチューブアレイにかけた圧力に関係する。即ち、前記カーボンナノチューブアレイの高さが大きくなるほど、また、該カーボンナノチューブアレイにかけた圧力が小さくなるほど、前記カーボンナノチューブフィルムの厚さが大きくなる。これとは逆に、カーボンナノチューブアレイの高さが小さくなるほど、また、該カーボンナノチューブアレイにかけた圧力が大きくなるほど、前記カーボンナノチューブフィルムの厚さが小さくなる。
【００３７】
（四）綿毛構造カーボンナノチューブフィルム
前記カーボンナノチューブ構造体は、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを含む。このカーボンナノチューブフィルムは綿毛構造カーボンナノチューブフィルム（ｆｌｏｃｃｕｌａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｆｉｌｍ）である。図１０を参照すると、単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおいて、複数のカーボンナノチューブは、絡み合い、等方的に配列されている。前記カーボンナノチューブ構造体においては、前記複数のカーボンナノチューブが均一に分布されている。複数のカーボンナノチューブは配向せずに配置されている。単一の前記カーボンナノチューブの長さは、１００ｎｍ以上であり、１００ｎｍ〜１０ｃｍであることが好ましい。前記カーボンナノチューブ構造体は、自立構造の薄膜の形状に形成されている。ここで、自立構造は、支持体材を利用せず、前記カーボンナノチューブ構造体を独立して利用することができるという形態である。前記複数のカーボンナノチューブは、分子間力で接近して、相互に絡み合って、カーボンナノチューブネット状に形成されている。前記複数のカーボンナノチューブは配向せずに配置されて、多くの微小な穴が形成されている。ここで、単一の前記微小な穴の直径が１０μｍ以下になる。前記カーボンナノチューブ構造体におけるカーボンナノチューブは、相互に絡み合って配置されるので、該カーボンナノチューブ構造体は柔軟性に優れ、任意の形状に湾曲して形成させることができる。用途に応じて、前記カーボンナノチューブ構造体の長さ及び幅を調整することができる。前記カーボンナノチューブ構造体の厚さは、０．５ｎｍ〜１ｍｍである。
【００３８】
前記カーボンナノチューブフィルムの製造方法は、下記のステップを含む。
【００３９】
第一ステップでは、カーボンナノチューブ原料（綿毛構造カーボンナノチューブフィルムの素になるカーボンナノチューブ）を提供する。
【００４０】
ナイフのような工具で前記カーボンナノチューブを前記基材から剥離し、カーボンナノチューブ原料が形成される。前記カーボンナノチューブは、ある程度互いに絡み合っている。前記カーボンナノチューブの原料においては、該カーボンナノチューブの長さは、１００マイクロメートル以上であり、１０マイクロメートル以上であることが好ましい。
【００４１】
第二ステップでは、前記カーボンナノチューブ原料を溶剤に浸漬し、該カーボンナノチューブ原料を処理して、綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を形成する。
【００４２】
前記カーボンナノチューブ原料を前記溶剤に浸漬した後、超音波式分散、又は高強度攪拌又は振動などの方法により、前記カーボンナノチューブを綿毛構造に形成させる。前記溶剤は水または揮発性有機溶剤である。超音波式分散方法により、カーボンナノチューブを含む溶剤に対して１０〜３０分間処理する。カーボンナノチューブは大きな比表面積を有し、カーボンナノチューブの間に大きな分子間力が生じるので、前記カーボンナノチューブはそれぞれもつれて、綿毛構造に形成されている。
【００４３】
第三ステップでは、前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を含む溶液をろ過して、最終的な綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を取り出す。
【００４４】
まず、濾紙が置かれたファネルを提供する。前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を含む溶剤を濾紙が置かれたファネルにつぎ、しばらく放置して、乾燥させると、綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体が分離される。図１０を参照すると、前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体におけるカーボンナノチューブが互いに絡み合って、不規則的な綿毛構造となる。
【００４５】
分離された前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を容器に置き、前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を所定の形状に展開し、展開された前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体に所定の圧力を加え、前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体に残留した溶剤を加熱するか、或いは、該溶剤が自然に蒸発すると、綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムが形成される。
【００４６】
前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体が展開される面積によって、綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムの厚さと面密度を制御できる。即ち、一定の体積を有する前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体は、展開される面積が大きくなるほど、綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムの厚さと面密度が小さくなる。
【００４７】
また、微多孔膜とエアーポンプファネル（Ａｉｒ−ｐｕｍｐｉｎｇ Ｆｕｎｎｅｌ）を利用して綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムが形成される。具体的には、微多孔膜とエアーポンプファネルを提供し、前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を含む溶剤を、前記微多孔膜を通して前記エアーポンプファネルにつぎ、該エアーポンプファネルに抽気し、乾燥させると、綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムが形成される。前記微多孔膜は、平滑な表面を有する。該微多孔膜において、単一の微小孔の直径は、０．２２マイクロメートルにされている。前記微多孔膜は平滑な表面を有するので、前記カーボンナノチューブフィルムは容易に前記微多孔膜から剥落することができる。さらに、前記エアーポンプを利用することにより、前記綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムに空気圧をかけるので、均一な綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムを形成させることができる。
【００４８】
前記カーボンナノチューブ複合材料体は、カーボンナノチューブとポリマー基材からなる場合、カーボンナノチューブの質量パーセンテージは８０％である。前記カーボンナノチューブ複合材料体は以下のステップによって形成する。まず、複数のカーボンナノチューブを、硬化剤を含む溶液に浸漬させて混合物を形成する。次に、前記混合物を固化させて、カーボンナノチューブ複合材料体を形成する。前記カーボンナノチューブ複合材料体は、カーボンナノチューブと無機の材料基体／金属材料基体からなる場合、前記カーボンナノチューブ複合材料体は以下のステップによって形成する。まず、複数のカーボンナノチューブを無機の材料又は金属粉を含む有機溶剤に浸漬させて混合物を形成する。次に、前記混合物から有機溶剤を揮発させるので、カーボンナノチューブ複合材料体を形成する。
【００４９】
その他、複数のカーボンナノチューブを１，２−ジクロロエタンに分散させ、且つ超音波で前記複数のカーボンナノチューブを液体の１，２−ジクロロエタンに十分に分散させて混合物を形成する。次に、前記十分に分散させた混合物をテルピネオールとセルロースの混合物に加入させて固化するので、カーボンナノチューブ複合材料体を形成する。
【００５０】
前記加熱ユニット２２０は、更に複数の固定電極２２４を含む。前記複数の固定電極２２４は、それぞれ前記複数の第一電極２１０と複数の第二電極２１２の前記絶縁基板２０２と離れた表面（図示せず）に配置されている。前記第一電極２１０に配置された固定電極２２４の形状、寸法及び材料は、前記第一電極２１０の形状、寸法及び材料と同じである。前記第二電極２１２に配置された固定電極２２４の形状、寸法及び材料は、前記第二電極２１２の形状、寸法及び材料と同じである。前記固定電極２２４は、前記加熱素子２０８を前記第一電極２１０と第二電極２１２に更に堅固に固定させることができる。
【００５１】
本実施例において、辺長が４８ｍｍの絶縁基板２０２に１６×１６個の加熱ユニット２２０を形成する。図１１及び図１２を参照すると、各々の加熱ユニット２２０における加熱素子２０８は、複数のドローン構造カーボンナノチューブフィルムからなる。一枚の前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルムの、長さが３００μｍであり、幅が１００μｍである。前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブは平行し、前記第一電極２１０から前記第二電極２１２までに伸展するように配列される。前記カーボンナノチューブ構造体自体が良好な接着性を有するので、前記カーボンナノチューブ構造体は、前記第一電極２１０及び第二電極２１２と直接的に粘着することができ、且つ良好な電接続性を有する。又は、前記第一電極２１０又は第二電極２１２と前記カーボンナノチューブ構造体との間に導電性接着層（図示せず）を設置することもできる。
【００５２】
また、加熱器２０は、更に、反射層（図示せず）を含むことができる。前記反射層は、前記絶縁基板２０２の前記加熱素子２０８に近い表面に配置される。前記反射層の材料は、例えば金属酸化物、金属塩及び陶器などの一種又は数種からなる白色絶縁材料である。本実施例において、前記反射層は、酸化アルミニウムからなり、その厚さが１００μｍ〜０．５ｍｍである。前記反射層は、電気めっき、化学めっき、真空めっき、マグネトロンスパッタリングなどの方法によって形成される。本実施例において、前記反射層は、マグネトロンスパッタリング方法によって、前記絶縁基板２０２の前記加熱素子２０８に対向する表面に、前記酸化アルミニウムをマグネトロンスパッタリングさせて形成される。前記反射層は、前記加熱素子２０８からの熱を反射することができるので、前記加熱器２０の加熱方向を制御し、前記加熱器２０の単側加熱することを実現でき、且つ前記加熱器２０の加熱効率を高める。
【００５３】
また、加熱器２０は、更に、絶縁保護層（図示せず）を含むことができる。該絶縁保護層は、前記絶縁基板２０２に、前記行電極２０４、列電極２０６、第一電極２１０、第二電極２１２及び加熱素子２０８を覆うように配置される。前記絶縁保護層は、例えばゴム又は樹脂などの絶縁材料からなる。本実施例において、前記絶縁保護層は、樹脂からなり、その厚さが０．５ｍｍ〜２ｍｍである。前記絶縁保護層は、塗装方法または沈積方法によって形成される。前記絶縁保護層は、前記加熱器２０の外部に導電することを防止でき、同時に前記加熱器２０の加熱素子２０８のカーボンナノチューブ構造体に不純物が吸着することを防止する。
【００５４】
図１３を参照し、前記加熱器２０に流れた電流と前記加熱器２０の上昇した温度の関係を示す図である。前記図１３に示すように、本実施例の加熱器２０の加熱効率が高く、前記加熱器２０に流れた電流が１００ｍＡである場合、前記加熱器２０の温度が１６００Ｋになることができる。図１４は、前記加熱器２０の熱応答速度を示す図である。前記図１４に示すように、本実施例の加熱器２０の熱応答速度が速く、加熱器２０の温度を短時間で上昇させることができる。
【００５５】
（実施例２）
図１５及び図１６を参照すると、本実施例の加熱器３０は、絶縁基板３０２と、複数の行電極３０４と、複数の列電極３０６と、複数の加熱ユニット３２０と、を備える。前記複数の行電極３０４は、互いに平行し、等間隔に前記絶縁基板３０２の１つの表面に設置され、前記複数の列電極３０６は、互いに平行し、等間隔に前記絶縁基板３０２の前記表面に設置される。該複数の行電極３０４と該複数の列電極３０６は、交叉して前記絶縁基板３０２に設置されている。該複数の行電極３０４と該複数の列電極３０６とが短路することを防止するために、交叉する場所に絶縁層３１６が設置されている。隣接する二つの行電極３０４と、隣接する二つの列電極３０６とが、複数の格子３１４を形成している。１つの前記格子３１４に一つの前記加熱ユニット３２０が設置される。
【００５６】
本実施例に係る加熱器３０の構造は、実施例１に係る加熱器２０と比べて、次の異なる点がある。本実施例の加熱器３０の加熱素子３０８が直接的に前記絶縁基板３０２の１つの表面に配置されている。即ち、前記実施例１に提供するカーボンナノチューブ構造体を直接的に前記絶縁基板３０２の表面に配置させることができる。または、前記加熱素子３０８が、シルクスクリーンの印刷法でカーボンナノチューブ層を沈積させて形成されることができ、即ち前記カーボンナノチューブ層が自立構造を有しないで、前記カーボンナノチューブ層における複数のカーボンナノチューブが配向せずに配置されてもよい。
【符号の説明】
【００５７】
２０、３０ 加熱器
２０２、３０２ 絶縁基板
２０４、３０４ 行電極
２０６、３０６ 列電極
２０８、３０８ 加熱素子
２１０、３１０ 第一電極
２１２、３１２ 第二電極
２２０、３２０ 加熱ユニット
２２４ 固定電極
２１４、３１４ 格子
２１６、３１６ 絶縁層
１４３ａ カーボンナノチューブフィルム
１４３ｂ カーボンナノチューブセグメント
１４５ カーボンナノチューブ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱器に関し、特にカーボンナノチューブを応用した加熱器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
加熱器は、熱を生成するために利用され、我々の生活、生産及び研究において重要な作用を有するので、例えば真空加熱器、赤外治療機器、電暖房器などに広く応用されている。
【０００３】
図１は、特許文献１に記載された加熱器である。前記加熱器１０は、基底１１と、複数の支持バット１２と、複数の加熱ユニット１４と、導電体１６と、絶縁材料層１３と、制御装置（図に示せず）と、を備える。前記複数の支持バット１２は、間隔を置いて前記基底１１に配置される。前記各々の加熱ユニット１４は、それぞれ前記各々の支持バット１２に対応して、前記支持バット１２の上に配置される。前記絶縁材料層１３は、前記支持バット１２と加熱ユニット１４の間に配置されて、前記支持バット１２と加熱ユニット１４を互いに絶縁させる。前記加熱ユニット１４は、前記導電体１６を通じて前記制御装置に電気的に接続される。前記制御装置は、前記各々の加熱ユニット１４を独立に制御することができるので、異なる用途において、局部的な定点を加熱し、又は全体を加熱することを実現できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００５／０２５２９０６号明細書
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ｋａｉｌｉ Ｊｉａｎｇ、Ｑｕｎｑｉｎｇ Ｌｉ、Ｓｈｏｕｓｈａｎ Ｆａｎ、“Ｓｐｉｎｎｉｎｇ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｙａｒｎｓ”、Ｎａｔｕｒｅ、２００２年、第４１９巻、ｐ．８０１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、前記加熱器１０の加熱ユニット１４は、通常、導電陶器、導電ガラス又は金属からなる。且つ、前記加熱器１０の加熱ユニット１４の密度が大きいので、前記加熱器１０の重量が重い。従って、前記加熱器１０を用いた部品は、軽便、携帯性などの要望を満たさないので、前記加熱器１０の応用範囲が制限される。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
従って、前記課題を解決するために、本発明は重量が軽く、応用範囲が広い加熱器を提供する。
【０００８】
本発明の加熱器は、絶縁基板と、複数の行電極と、複数の列電極と、複数の加熱素子と、を備える。前記複数の行電極は、互いに平行し、等間隔に前記絶縁基板の１つの表面に設置され、前記複数の列電極は、互いに平行し、等間隔に前記絶縁基板の前記行電極が設置された表面に設置され、該複数の行電極と該複数の列電極は交叉し、隣接する二つの行電極と、隣接する二つの列電極とは、１つの加熱ユニットを画定し、各々の前記加熱ユニットに一つの前記加熱素子が設置される。前記加熱ユニットに、更に第一電極と第二電極が設置されており、前記第一電極と第二電極とは間隔を置いて、前記加熱素子に電気的に接続され、且つ別々に前記行電極と列電極とに接続される。前記加熱素子は、少なくとも１つのカーボンナノチューブ構造体、カーボンナノチューブ複合体又はカーボンナノチューブサイジング層からなる。
【０００９】
本発明の加熱器は、絶縁基板と、複数の行電極と、複数の列電極と、複数のカーボンナノチューブ加熱素子と、を備える。前記複数の行電極は、互いに平行し、等間隔に前記絶縁基板の１つの表面に設置され、前記複数の列電極は、互いに平行し、等間隔に前記絶縁基板の前記行電極が設置された表面に設置され、該複数の行電極と該複数の列電極は交叉して、複数の格子を形成する。前記複数の格子と複数のカーボンナノチューブ加熱素子は、一対一に対応し、且つ各々のカーボンナノチューブ加熱素子がそれぞれ対応した格子の行電極及び列電極に電気的に接続される。少なくとも１つのカーボンナノチューブ加熱素子が、独立した加熱点として制御される。
【発明の効果】
【００１０】
従来の技術と比べて、本発明の加熱器は以下の優れた点を有する。まず、前記加熱器の加熱素子は、少なくとも１つのカーボンナノチューブ構造体、カーボンナノチューブ複合体又はカーボンナノチューブサイジング層からなり、且つそれらの密度が小さいので、前記加熱器の重量が軽い。従って、軽便、携帯性を必要とする装置に用いられることができ、即ち本発明の加熱器の応用範囲が広い。次に、カーボンナノチューブフィルムは薄く、その単位面積当たりの熱容量が低いので、前記加熱素子の温度レスポンスが速い。従って、前記加熱器の熱応答が速く、エネルギー消費が小さく、熱輻射効率が高い。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】従来の加熱器の構造を示す図である。
【図２】本発明加熱器の実施例１の構造を示す図である。
【図３】図２のＩＶ−ＩＶに沿った断面図である。
【図４】図２に示す加熱器に採用されたドローン構造カーボンナノチューブフィルムの走査型電子顕微鏡写真である。
【図５】図４中のカーボンナノチューブフィルムのカーボンナノチューブセグメントの構造を示す図である。
【図６】図２に示す加熱器に採用された非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤねじれ状カーボンナノチューブワイヤである。
【図７】図２に示す加熱器に採用されたねじれ状カーボンナノチューブワイヤねじれ状カーボンナノチューブワイヤである。
【図８】図２に示す加熱器に採用されたカーボンナノチューブが配向せずに配置されるプレシッド構造カーボンナノチューブフィルムの走査型電子顕微鏡写真である。
【図９】図２に示す加熱器に採用されたカーボンナノチューブが配向して配置されるプレシッド構造カーボンナノチューブフィルムの走査型電子顕微鏡写真である。
【図１０】図２に示す加熱器に採用された綿毛構造カーボンナノチューブフィルムの走査型電子顕微鏡写真である。
【図１１】図２に示す加熱器の１つの加熱ユニットの走査型電子顕微鏡写真である。
【図１２】図１１に示す加熱ユニットの側面走査型電子顕微鏡写真である。
【図１３】本発明の加熱器に流れた電流と前記加熱器の上昇温度の関係を示す図である。
【図１４】本発明の加熱器の熱応答速度を示す図である。
【図１５】本発明の加熱器の実施例２の構造を示す図である。
【図１６】図１５のＸＶＩ−ＸＶＩを沿う断面図である。
【図１７】図４中のカーボンナノチューブフィルムを引き出す見取り図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
【００１３】
（実施例１）
図２及び図３を参照すると、本実施例１の加熱器２０は、絶縁基板２０２と、複数の行電極２０４と、複数の列電極２０６と、複数の加熱ユニット２２０と、を備える。前記複数の行電極２０４は、互いに平行し、等間隔に前記絶縁基板２０２の１つの表面に設置される。前記複数の列電極２０６は、互いに平行し、等間隔に前記絶縁基板２０２の前記行電極２０４が設置された表面に設置されている。該複数の行電極２０４と該複数の列電極２０６は、交叉して前記絶縁基板２０２に設置されている。該複数の行電極２０４と該複数の列電極２０６とが短路することを防止するために、交叉する場所に絶縁層２１６が設置されている。隣接する二つの行電極２０４と、隣接する二つの列電極２０６とは、複数の格子２１４を形成している。一つの格子２１４に一つの前記加熱ユニット２２０が設置されている。
【００１４】
前記絶縁基板２０２は、剛性材料又は柔軟性材料からなる。前記剛性材料は、石英、セラミック、ガラス、樹脂、二酸化ケイ素である。前記柔軟性材料は、プラスチックまたはファイバーである。前記絶縁基板２０２が柔軟性材料からなる場合、前記加熱器２０を曲げることができる。本実施例において、前記絶縁基板２０２は石英からなり、その厚さが１ｍｍであり、その辺長が４８ｍｍである。
【００１５】
前記複数の行電極２０４と複数の列電極２０６とは、導電体又は導電体（例えば、金属）で被覆された絶縁体からなる。前記複数の行電極２０４と複数の列電極２０６とが交差して成る角度は、１０度〜９０度であるが、９０度であることが好ましい。隣接する前記行電極２０４の間の距離及び隣接する前記列電極２０６の間の距離は、それぞれ５０μｍ〜２ｃｍである。単一の前記行電極２０４の幅及び単一の前記列電極２０６の幅は、それぞれ３０μｍ〜１００μｍであり、その厚さがそれぞれ１０μｍ〜５０μｍである。前記複数の行電極２０４及び複数の列電極２０６は、スクリーン印刷方法によって、導電ペーストを前記絶縁基板２０２に印刷して形成されたものである。前記導電ペーストは、金属粉末、低融点ガラス粉末及び接着剤を含む。ここで、前記金属粉末が銀の粉末であり、前記接着剤がテルピネオール又はエチルセルロースであることが好ましい。前記導電ペーストにおける前記金属粉の質量パーセンテージの含有量は５０〜９０ｗｔ％であり、前記低融点ガラスパウダーの質量パーセンテージの含有量は２〜１０ｗｔ％であり、前記接着剤の質量パーセンテージの含有量は１０〜４０ｗｔ％である。
【００１６】
前記加熱ユニット２２０は、複数の行及び列で配列して、加熱マトリックスに形成されている。各々の加熱ユニット２２０は、１つの加熱点として機能する。各々の前記加熱ユニット２２０は、加熱素子２０８と、第一電極２１０と、第二電極２１２と、を含む。該第一電極２１０と第二電極２１２とは対向し、分離して絶縁的に配置される。前記各々の加熱ユニット２２０において、該第一電極２１０と第二電極２１２の間の距離が１０μｍ〜２ｃｍである。前記加熱素子２０８は、前記第一電極２１０と第二電極２１２の間に配置され、且つそれぞれ前記第一電極２１０及び第二電極２１２に電気的に接続される。前記加熱素子２０８からの熱が前記絶縁基板２０２で吸収されることを防止するために、前記加熱素子２０８が前記絶縁基板２０２と所定の距離で離れるように配置される。前記加熱素子２０８と前記絶縁基板２０２の間の距離が、１０μｍ〜２ｃｍであり、１ｍｍであることが好ましい。本実施例において、同じ行に沿って配列された前記複数の加熱ユニット２２０における前記第一電極２１０は、該行の行電極２０４に電気的に接続されている。同じ列に沿って配列された前記複数の加熱ユニット２２０における前記第二電極２１２が、該列の列電極２０６に電気的に接続されている。
【００１７】
前記第一電極２１０と第二電極２１２は、導電体である。例えば、前記第一電極２１０と第二電極２１２は、金属層である。前記第二電極２１２は、前記列電極２０６と一体成型されることができる。この場合、前記第二電極２１２は、前記列電極２０６から延びて形成された凸部であることができる。同様に、前記第一電極２１０は、前記行電極２０４と一体成型されることができる。この場合、前記第一電極２１０は、前記行電極２０４から延びて形成された凸部であることができる。本実施例において、前記第一電極２１０と第二電極２１２は、平面導電体であり、その大きさが前記格子２１４の大きさと関係する。前記第二電極２１２は、前記列電極２０６に直接的に接続され、前記第一電極２１０は、前記行電極２０４に直接的に接続される。前記第一電極２１０と第二電極２１２は、それぞれ長さが２０μｍ〜１．５ｃｍであり、幅が３０μｍ〜１ｃｍであり、厚さが１０μｍ〜５００μｍであるが、長さが１００μｍ〜７００μｍであり、幅が５０μｍ〜５００μｍであり、厚さが２０μｍ〜１００μｍであることが好ましい。前記第一電極２１０と第二電極２１２は、導電パルプからなり、シルクスクリーンの印刷法で前記絶縁基板２０２に印刷して形成される。前記第一電極２１０と第二電極２１２は、前記行電極２０４と前記列電極２０６の材料と同じである。
【００１８】
前記加熱素子２０８は、複数のカーボンナノチューブのみからなるカーボンナノチューブ構造体、又は複数のカーボンナノチューブと基材からなるカーボンナノチューブ複合材料体を含む。前記基材は、無機材料、金属材料又はポリマーであり、例えば、酸化アルミニウム、銀、銅、ニッケルなどの優れた熱伝導性を有する材料からなることが好ましい。
【００１９】
前記カーボンナノチューブ構造体は、分子間力で緊密に接続した複数のカーボンナノチューブを含む。前記カーボンナノチューブ構造体は、自立構造の薄膜の形状に形成されている。ここで、自立構造とは、支持体材を利用せず、前記カーボンナノチューブ構造体を独立して利用することができるという形態のことである。すなわち、前記カーボンナノチューブ構造体を対向する両側から支持して、前記カーボンナノチューブ構造体の構造を変化させずに、前記カーボンナノチューブ構造体を懸架させることができることを意味する。例えば、カーボンナノチューブワイヤ構造体又はカーボンナノチューブフィルム構造体である。前記カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブ又は多層カーボンナノチューブである。前記カーボンナノチューブが単層カーボンナノチューブである場合、直径は０．５ｎｍ〜５０ｎｍに設定され、前記カーボンナノチューブが二層カーボンナノチューブである場合、直径は１ｎｍ〜５０ｎｍに設定され、前記カーボンナノチューブが多層カーボンナノチューブである場合、直径は１．５ｎｍ〜５０ｎｍに設定される。該カーボンナノチューブ構造体は大きな比表面積（例えば、１００ｍ２／ｇ以上）を有する。該カーボンナノチューブ構造体の単位体積当たりの熱容量は、０（０は含まず）〜２×１０−４Ｊ／ｃｍ２・Ｋであるが、好ましくは、０（０は含まず）〜１．７×１０−６Ｊ／ｃｍ２・Ｋであり、本実施例では、１．７×１０−６Ｊ／ｃｍ２・Ｋである。前記カーボンナノチューブ構造体の熱容量が小さいので、前記カーボンナノチューブ構造体からなる加熱部品の熱応答速度が速く、物体に対する加熱時間を短縮させることが出来る。
【００２０】
前記カーボンナノチューブ構造体には、複数のカーボンナノチューブが均一に分散されている。該複数のカーボンナノチューブは分子間力で接続されている。前記カーボンナノチューブ構造体に、前記複数のカーボンナノチューブが配向し又は配向せずに配置されている。前記複数のカーボンナノチューブの配列方式により、前記カーボンナノチューブ構造体は非配向型のカーボンナノチューブ構造体及び配向型のカーボンナノチューブ構造体の二種に分類される。本実施例における非配向型のカーボンナノチューブ構造体では、カーボンナノチューブが異なる方向に沿って配置され、又は絡み合っている。配向型のカーボンナノチューブ構造体では、前記複数のカーボンナノチューブが同じ方向に沿って配列している。又は、配向型のカーボンナノチューブ構造体において、配向型のカーボンナノチューブ構造体が二つ以上の領域に分割される場合、各々の領域における複数のカーボンナノチューブが同じ方向に沿って配列されている。この場合、異なる領域におけるカーボンナノチューブの配列方向は異なる。
【００２１】
前記カーボンナノチューブ構造体は、少なくとも一枚の、厚さが０．５ｎｍ〜１０μｍであるカーボンナノチューブフィルム、少なくとも一本の、直径が０．５ｎｍ〜１０μｍであるカーボンナノチューブワイヤ又は前記カーボンナノチューブフィルム及びカーボンナノチューブワイヤを組み合わせて形成する物である。
【００２２】
本発明のカーボンナノチューブ構造体としては、以下の（一）〜（四）のものが挙げられる。
【００２３】
（一）ドローン構造カーボンナノチューブフィルム
前記カーボンナノチューブ構造体は、図４に示す、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルム１４３ａを含む。このカーボンナノチューブフィルムはドローン構造カーボンナノチューブフィルム（ｄｒａｗｎ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｆｉｌｍ）である。前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａは、超配列カーボンナノチューブアレイ（非特許文献１を参照）から引き出して得られたものである。単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおいて、複数のカーボンナノチューブが同じ方向に沿って、端と端が接続されている（図１７を参照する）。即ち、単一の前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａは、分子間力で長さ方向端部同士が接続された複数のカーボンナノチューブを含む。また、前記複数のカーボンナノチューブは、前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａの表面に平行して配列されている。図４及び図５を参照すると、単一の前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａは、複数のカーボンナノチューブセグメント１４３ｂを含む。前記複数のカーボンナノチューブセグメント１４３ｂは、長さ方向に沿って分子間力で端と端が接続されている。それぞれのカーボンナノチューブセグメント１４３ｂは、相互に平行に、分子間力で結合された複数のカーボンナノチューブ１４５を含む。単一の前記カーボンナノチューブセグメント１４３ｂにおいて、前記複数のカーボンナノチューブ１４５の長さが同じである。前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａを有機溶剤に浸漬させることにより、前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａの強靭性及び機械強度を高めることができる。有機溶剤に浸漬された前記カーボンナノチューブフィルムの単位面積当たりの熱容量が低くなるので、加熱素子の温度レスポンスを速くすることができる。前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａの幅は１００μｍ〜１０ｃｍに設けられ、厚さは０．５ｎｍ〜１００μｍに設けられる。
【００２４】
前記カーボンナノチューブ構造体は、積層された複数の前記カーボンナノチューブフィルムを含むことができる。この場合、隣接する前記カーボンナノチューブフィルムは、分子間力で結合されている。隣接する前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブは、それぞれ０°〜９０°の角度で交差している。隣接する前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが０°以上の角度で交差する場合、前記カーボンナノチューブ構造体に複数の微孔が形成される。又は、前記複数のカーボンナノチューブフィルムは、隙間なく並列されることもできる。
【００２５】
前記カーボンナノチューブフィルムの製造方法は次のステップを含む。
【００２６】
第一ステップでは、カーボンナノチューブアレイを提供する。該カーボンナノチューブアレイは、超配列カーボンナノチューブアレイ（Ｓｕｐｅｒａｌｉｇｎｅｄ ａｒｒａｙ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ，非特許文献１を参照）であり、該超配列カーボンナノチューブアレイの製造方法は、化学気相堆積法を採用する。該製造方法は、次のステップを含む。ステップ（ａ）では、平らな基材を提供し、該基材はＰ型のシリコン基材、Ｎ型のシリコン基材及び酸化層が形成されたシリコン基材のいずれか一種である。本実施例において、４インチのシリコン基材を選択することが好ましい。ステップ（ｂ）では、前記基材の表面に、均一的に触媒層を形成する。該触媒層の材料は鉄、コバルト、ニッケル及びその２種以上の合金のいずれか一種である。ステップ（ｃ）では、前記触媒層が形成された基材を７００℃〜９００℃の空気で３０分〜９０分間アニーリングする。ステップ（ｄ）では、アニーリングされた基材を反応炉に置き、保護ガスで５００℃〜７４０℃の温度で加熱した後で、カーボンを含むガスを導入して、５分〜３０分間反応を行って、超配列カーボンナノチューブアレイ（Ｓｕｐｅｒａｌｉｇｎｅｄ ａｒｒａｙ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ，非特許文献１）を成長させることができる。該カーボンナノチューブアレイの高さは１００マイクロメートル以上である。該カーボンナノチューブアレイは、互いに平行し、基材に垂直するように成長する複数のカーボンナノチューブからなる。該カーボンナノチューブは、長さが長いため、部分的にカーボンナノチューブが互いに絡み合っている。成長の条件を制御することによって、前記カーボンナノチューブアレイは、例えば、アモルファスカーボン及び残存する触媒である金属粒子などの不純物を含まなくなる。
【００２７】
本実施例において、前記カーボンを含むガスとしては例えば、アセチレン、エチレン、メタンなどの活性な炭化水素が選択され、エチレンを選択することが好ましい。保護ガスは窒素ガスまたは不活性ガスであり、アルゴンガスが好ましい。
【００２８】
本実施例により提供されたカーボンナノチューブアレイは、前記の製造方法により製造されることに制限されず、アーク放電法またはレーザー蒸発法で製造してもよい。
【００２９】
第二ステップでは、前記カーボンナノチューブアレイから、少なくとも、一枚のカーボンナノチューブフィルムを引き伸ばす。まず、ピンセットなどの工具を利用して複数のカーボンナノチューブの端部を持つ。例えば、一定の幅を有するテープを利用して複数のカーボンナノチューブの端部を持つ。次に、所定の速度で前記複数のカーボンナノチューブを引き出し、複数のカーボンナノチューブセグメントからなる連続のカーボンナノチューブフィルムを形成する。
【００３０】
前記複数のカーボンナノチューブを引き出す工程において、前記複数のカーボンナノチューブがそれぞれ前記基材から脱離すると、分子間力で前記カーボンナノチューブセグメントが端と端で接合され、連続のカーボンナノチューブフィルムが形成される。
【００３１】
（二）カーボンナノチューブワイヤ
前記カーボンナノチューブ構造体は少なくとも一本のカーボンナノチューブワイヤを含む。一本の前記カーボンナノチューブワイヤの熱容量は、０（０は含まず）〜２×１０−４Ｊ／ｃｍ２・Ｋであり、５×１０−５Ｊ／ｃｍ２・Ｋであることが好ましい。一本の前記カーボンナノチューブワイヤの直径は４．５ｎｍ〜１ｃｍである。図６を参照すると、前記カーボンナノチューブワイヤは、分子間力で接続された複数のカーボンナノチューブからなる。この場合、一本のカーボンナノチューブワイヤ（非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ）は、端と端とが接続された複数のカーボンナノチューブセグメント（図示せず）を含む。前記カーボンナノチューブセグメントは、同じ長さ及び幅を有する。さらに、各々の前記カーボンナノチューブセグメントに、同じ長さの複数のカーボンナノチューブが平行に配列されている。前記複数のカーボンナノチューブはカーボンナノチューブワイヤの中心軸に平行に配列されている。この場合、一本の前記カーボンナノチューブワイヤの直径は、１μｍ〜１ｃｍである。図７を参照すると、前記カーボンナノチューブワイヤをねじり、ねじれ状カーボンナノチューブワイヤを形成することができる。ここで、前記複数のカーボンナノチューブは前記カーボンナノチューブワイヤの中心軸を軸に、螺旋状に配列されている。この場合、一本の前記カーボンナノチューブワイヤの直径は、１μｍ〜１ｃｍである。前記カーボンナノチューブ構造体は、前記非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ、ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ又はそれらの組み合わせのいずれか一種からなる。
【００３２】
前記カーボンナノチューブワイヤを形成する方法は、カーボンナノチューブアレイから引き出してなるカーボンナノチューブフィルムを利用する。前記カーボンナノチューブワイヤを形成する方法は、次の三種がある。第一種では、前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの長手方向に沿って、前記カーボンナノチューブフィルムを所定の幅で切断し、カーボンナノチューブワイヤを形成する。第二種では、前記カーボンナノチューブフィルムを有機溶剤に浸漬させて、前記カーボンナノチューブフィルムを収縮させてカーボンナノチューブワイヤを形成することができる。第三種では、前記カーボンナノチューブフィルムを機械加工（例えば、紡糸工程）してねじれたカーボンナノチューブワイヤを形成する。詳しく説明すれば、まず、前記カーボンナノチューブフィルムを紡糸装置に固定させる。次に、前記紡糸装置を動作させて前記カーボンナノチューブフィルムを回転させ、ねじれたカーボンナノチューブワイヤを形成する。
【００３３】
（三）プレシッド構造カーボンナノチューブフィルム
前記カーボンナノチューブ構造体は、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを含む。このカーボンナノチューブフィルムは、プレシッド構造カーボンナノチューブフィルム（ｐｒｅｓｓｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｆｉｌｍ）である。単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおける複数のカーボンナノチューブは、等方的に配列されているか、所定の方向に沿って配列されているか、または、異なる複数の方向に沿って配列されている。前記カーボンナノチューブフィルムは、押し器具を利用することにより、所定の圧力をかけて前記カーボンナノチューブアレイを押し、該カーボンナノチューブアレイを圧力で倒すことにより形成された、シート状の自立構造を有するものである。前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの配列方向は、前記押し器具の形状及び前記カーボンナノチューブアレイを押す方向により決められている。
【００３４】
図９を参照すると、単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが配向せずに配置される。該カーボンナノチューブフィルムは、等方的に配列されている複数のカーボンナノチューブを含む。隣接するカーボンナノチューブが分子間力で相互に引き合い、接続する。該カーボンナノチューブ構造体が平面等方性を有する。該カーボンナノチューブフィルムは、平面を有する押し器具を利用して、カーボンナノチューブアレイが成長された基板に垂直な方向に沿って前記カーボンナノチューブアレイを押すことにより形成される。
【００３５】
図８を参照すると、単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが配向して配列される。該カーボンナノチューブフィルムは、同じ方向に沿って配列された複数のカーボンナノチューブを含む。ローラー形状を有する押し器具を利用して、同じ方向に沿って前記カーボンナノチューブアレイを同時に押す場合、基本的に同じ方向に配列されるカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブフィルムが形成される。また、ローラー形状を有する押し器具を利用して、異なる方向に沿って、前記カーボンナノチューブアレイを同時に押す場合、前記異なる方向に沿って、選択的な方向に配列されるカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブフィルムが形成される。
【００３６】
前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの傾斜の程度は、前記カーボンナノチューブアレイにかけた圧力に関係する。前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブと該カーボンナノチューブフィルムの表面とは、角度αを成し、該角度αは０°以上１５°以下である。好ましくは、前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが該カーボンナノチューブフィルムの表面に平行する（即ち、角度αは０°である）。前記圧力が大きくなるほど、前記傾斜の程度が大きくなる。前記カーボンナノチューブフィルムの厚さは、前記カーボンナノチューブアレイの高さ及び該カーボンナノチューブアレイにかけた圧力に関係する。即ち、前記カーボンナノチューブアレイの高さが大きくなるほど、また、該カーボンナノチューブアレイにかけた圧力が小さくなるほど、前記カーボンナノチューブフィルムの厚さが大きくなる。これとは逆に、カーボンナノチューブアレイの高さが小さくなるほど、また、該カーボンナノチューブアレイにかけた圧力が大きくなるほど、前記カーボンナノチューブフィルムの厚さが小さくなる。
【００３７】
（四）綿毛構造カーボンナノチューブフィルム
前記カーボンナノチューブ構造体は、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを含む。このカーボンナノチューブフィルムは綿毛構造カーボンナノチューブフィルム（ｆｌｏｃｃｕｌａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｆｉｌｍ）である。図１０を参照すると、単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおいて、複数のカーボンナノチューブは、絡み合い、等方的に配列されている。前記カーボンナノチューブ構造体においては、前記複数のカーボンナノチューブが均一に分布されている。複数のカーボンナノチューブは配向せずに配置されている。単一の前記カーボンナノチューブの長さは、１００ｎｍ以上であり、１００ｎｍ〜１０ｃｍであることが好ましい。前記カーボンナノチューブ構造体は、自立構造の薄膜の形状に形成されている。ここで、自立構造は、支持体材を利用せず、前記カーボンナノチューブ構造体を独立して利用することができるという形態である。前記複数のカーボンナノチューブは、分子間力で接近して、相互に絡み合って、カーボンナノチューブネット状に形成されている。前記複数のカーボンナノチューブは配向せずに配置されて、多くの微小な穴が形成されている。ここで、単一の前記微小な穴の直径が１０μｍ以下になる。前記カーボンナノチューブ構造体におけるカーボンナノチューブは、相互に絡み合って配置されるので、該カーボンナノチューブ構造体は柔軟性に優れ、任意の形状に湾曲して形成させることができる。用途に応じて、前記カーボンナノチューブ構造体の長さ及び幅を調整することができる。前記カーボンナノチューブ構造体の厚さは、０．５ｎｍ〜１ｍｍである。
【００３８】
前記カーボンナノチューブフィルムの製造方法は、下記のステップを含む。
【００３９】
第一ステップでは、カーボンナノチューブ原料（綿毛構造カーボンナノチューブフィルムの素になるカーボンナノチューブ）を提供する。
【００４０】
ナイフのような工具で前記カーボンナノチューブを前記基材から剥離し、カーボンナノチューブ原料が形成される。前記カーボンナノチューブは、ある程度互いに絡み合っている。前記カーボンナノチューブの原料においては、該カーボンナノチューブの長さは、１００マイクロメートル以上であり、１０マイクロメートル以上であることが好ましい。
【００４１】
第二ステップでは、前記カーボンナノチューブ原料を溶剤に浸漬し、該カーボンナノチューブ原料を処理して、綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を形成する。
【００４２】
前記カーボンナノチューブ原料を前記溶剤に浸漬した後、超音波式分散、又は高強度攪拌又は振動などの方法により、前記カーボンナノチューブを綿毛構造に形成させる。前記溶剤は水または揮発性有機溶剤である。超音波式分散方法により、カーボンナノチューブを含む溶剤に対して１０〜３０分間処理する。カーボンナノチューブは大きな比表面積を有し、カーボンナノチューブの間に大きな分子間力が生じるので、前記カーボンナノチューブはそれぞれもつれて、綿毛構造に形成されている。
【００４３】
第三ステップでは、前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を含む溶液をろ過して、最終的な綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を取り出す。
【００４４】
まず、濾紙が置かれたファネルを提供する。前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を含む溶剤を濾紙が置かれたファネルにつぎ、しばらく放置して、乾燥させると、綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体が分離される。図１０を参照すると、前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体におけるカーボンナノチューブが互いに絡み合って、不規則的な綿毛構造となる。
【００４５】
分離された前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を容器に置き、前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を所定の形状に展開し、展開された前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体に所定の圧力を加え、前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体に残留した溶剤を加熱するか、或いは、該溶剤が自然に蒸発すると、綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムが形成される。
【００４６】
前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体が展開される面積によって、綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムの厚さと面密度を制御できる。即ち、一定の体積を有する前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体は、展開される面積が大きくなるほど、綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムの厚さと面密度が小さくなる。
【００４７】
また、微多孔膜とエアーポンプファネル（Ａｉｒ−ｐｕｍｐｉｎｇ Ｆｕｎｎｅｌ）を利用して綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムが形成される。具体的には、微多孔膜とエアーポンプファネルを提供し、前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を含む溶剤を、前記微多孔膜を通して前記エアーポンプファネルにつぎ、該エアーポンプファネルに抽気し、乾燥させると、綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムが形成される。前記微多孔膜は、平滑な表面を有する。該微多孔膜において、単一の微小孔の直径は、０．２２マイクロメートルにされている。前記微多孔膜は平滑な表面を有するので、前記カーボンナノチューブフィルムは容易に前記微多孔膜から剥落することができる。さらに、前記エアーポンプを利用することにより、前記綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムに空気圧をかけるので、均一な綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムを形成させることができる。
【００４８】
前記カーボンナノチューブ複合材料体は、カーボンナノチューブとポリマー基材からなる場合、カーボンナノチューブの質量パーセンテージは８０％である。前記カーボンナノチューブ複合材料体は以下のステップによって形成する。まず、複数のカーボンナノチューブを、硬化剤を含む溶液に浸漬させて混合物を形成する。次に、前記混合物を固化させて、カーボンナノチューブ複合材料体を形成する。前記カーボンナノチューブ複合材料体は、カーボンナノチューブと無機の材料基体／金属材料基体からなる場合、前記カーボンナノチューブ複合材料体は以下のステップによって形成する。まず、複数のカーボンナノチューブを無機の材料又は金属粉を含む有機溶剤に浸漬させて混合物を形成する。次に、前記混合物から有機溶剤を揮発させるので、カーボンナノチューブ複合材料体を形成する。
【００４９】
その他、複数のカーボンナノチューブを１，２−ジクロロエタンに分散させ、且つ超音波で前記複数のカーボンナノチューブを液体の１，２−ジクロロエタンに十分に分散させて混合物を形成する。次に、前記十分に分散させた混合物をテルピネオールとセルロースの混合物に加入させて固化するので、カーボンナノチューブ複合材料体を形成する。
【００５０】
前記加熱ユニット２２０は、更に複数の固定電極２２４を含む。前記複数の固定電極２２４は、それぞれ前記複数の第一電極２１０と複数の第二電極２１２の前記絶縁基板２０２と離れた表面（図示せず）に配置されている。前記第一電極２１０に配置された固定電極２２４の形状、寸法及び材料は、前記第一電極２１０の形状、寸法及び材料と同じである。前記第二電極２１２に配置された固定電極２２４の形状、寸法及び材料は、前記第二電極２１２の形状、寸法及び材料と同じである。前記固定電極２２４は、前記加熱素子２０８を前記第一電極２１０と第二電極２１２に更に堅固に固定させることができる。
【００５１】
本実施例において、辺長が４８ｍｍの絶縁基板２０２に１６×１６個の加熱ユニット２２０を形成する。図１１及び図１２を参照すると、各々の加熱ユニット２２０における加熱素子２０８は、複数のドローン構造カーボンナノチューブフィルムからなる。一枚の前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルムの、長さが３００μｍであり、幅が１００μｍである。前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブは平行し、前記第一電極２１０から前記第二電極２１２までに伸展するように配列される。前記カーボンナノチューブ構造体自体が良好な接着性を有するので、前記カーボンナノチューブ構造体は、前記第一電極２１０及び第二電極２１２と直接的に粘着することができ、且つ良好な電接続性を有する。又は、前記第一電極２１０又は第二電極２１２と前記カーボンナノチューブ構造体との間に導電性接着層（図示せず）を設置することもできる。
【００５２】
また、加熱器２０は、更に、反射層（図示せず）を含むことができる。前記反射層は、前記絶縁基板２０２の前記加熱素子２０８に近い表面に配置される。前記反射層の材料は、例えば金属酸化物、金属塩及び陶器などの一種又は数種からなる白色絶縁材料である。本実施例において、前記反射層は、酸化アルミニウムからなり、その厚さが１００μｍ〜０．５ｍｍである。前記反射層は、電気めっき、化学めっき、真空めっき、マグネトロンスパッタリングなどの方法によって形成される。本実施例において、前記反射層は、マグネトロンスパッタリング方法によって、前記絶縁基板２０２の前記加熱素子２０８に対向する表面に、前記酸化アルミニウムをマグネトロンスパッタリングさせて形成される。前記反射層は、前記加熱素子２０８からの熱を反射することができるので、前記加熱器２０の加熱方向を制御し、前記加熱器２０の単側加熱することを実現でき、且つ前記加熱器２０の加熱効率を高める。
【００５３】
また、加熱器２０は、更に、絶縁保護層（図示せず）を含むことができる。該絶縁保護層は、前記絶縁基板２０２に、前記行電極２０４、列電極２０６、第一電極２１０、第二電極２１２及び加熱素子２０８を覆うように配置される。前記絶縁保護層は、例えばゴム又は樹脂などの絶縁材料からなる。本実施例において、前記絶縁保護層は、樹脂からなり、その厚さが０．５ｍｍ〜２ｍｍである。前記絶縁保護層は、塗装方法または沈積方法によって形成される。前記絶縁保護層は、前記加熱器２０の外部に導電することを防止でき、同時に前記加熱器２０の加熱素子２０８のカーボンナノチューブ構造体に不純物が吸着することを防止する。
【００５４】
図１３を参照し、前記加熱器２０に流れた電流と前記加熱器２０の上昇した温度の関係を示す図である。前記図１３に示すように、本実施例の加熱器２０の加熱効率が高く、前記加熱器２０に流れた電流が１００ｍＡである場合、前記加熱器２０の温度が１６００Ｋになることができる。図１４は、前記加熱器２０の熱応答速度を示す図である。前記図１４に示すように、本実施例の加熱器２０の熱応答速度が速く、加熱器２０の温度を短時間で上昇させることができる。
【００５５】
（実施例２）
図１５及び図１６を参照すると、本実施例の加熱器３０は、絶縁基板３０２と、複数の行電極３０４と、複数の列電極３０６と、複数の加熱ユニット３２０と、を備える。前記複数の行電極３０４は、互いに平行し、等間隔に前記絶縁基板３０２の１つの表面に設置され、前記複数の列電極３０６は、互いに平行し、等間隔に前記絶縁基板３０２の前記表面に設置される。該複数の行電極３０４と該複数の列電極３０６は、交叉して前記絶縁基板３０２に設置されている。該複数の行電極３０４と該複数の列電極３０６とが短路することを防止するために、交叉する場所に絶縁層３１６が設置されている。隣接する二つの行電極３０４と、隣接する二つの列電極３０６とが、複数の格子３１４を形成している。１つの前記格子３１４に一つの前記加熱ユニット３２０が設置される。
【００５６】
本実施例に係る加熱器３０の構造は、実施例１に係る加熱器２０と比べて、次の異なる点がある。本実施例の加熱器３０の加熱素子３０８が直接的に前記絶縁基板３０２の１つの表面に配置されている。即ち、前記実施例１に提供するカーボンナノチューブ構造体を直接的に前記絶縁基板３０２の表面に配置させることができる。または、前記加熱素子３０８が、シルクスクリーンの印刷法でカーボンナノチューブ層を沈積させて形成されることができ、即ち前記カーボンナノチューブ層が自立構造を有しないで、前記カーボンナノチューブ層における複数のカーボンナノチューブが配向せずに配置されてもよい。
【符号の説明】
【００５７】
２０、３０ 加熱器
２０２、３０２ 絶縁基板
２０４、３０４ 行電極
２０６、３０６ 列電極
２０８、３０８ 加熱素子
２１０、３１０ 第一電極
２１２、３１２ 第二電極
２２０、３２０ 加熱ユニット
２２４ 固定電極
２１４、３１４ 格子
２１６、３１６ 絶縁層
１４３ａ カーボンナノチューブフィルム
１４３ｂ カーボンナノチューブセグメント
１４５ カーボンナノチューブ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板と、複数の行電極と、複数の列電極と、複数の加熱ユニットと、を備える加熱器であって、
前記複数の行電極は、互いに平行し、等間隔に前記絶縁基板の１つの表面に設置され、
前記複数の列電極は、互いに平行し、等間隔に前記絶縁基板の前記複数の行電極が設置された表面に設置され、該複数の行電極と該複数の列電極は交叉し、複数の格子を形成し、
１つの前記加熱ユニットは、隣接する二つの前記行電極と、隣接する二つの前記列電極とによって形成される前記格子に配置され、
前記加熱ユニットは、加熱素子、第一電極、第二電極を含み、
前記第一電極と第二電極とは間隔を置いて、前記加熱素子に電気的に接続され、
前記第一電極が、前記行電極に接続され、
前記第二電極が、前記列電極に接続され、
前記加熱素子は、少なくとも１つのカーボンナノチューブ構造体、カーボンナノチューブ複合体又はカーボンナノチューブサイジング層からなることを特徴とする加熱器。
【請求項２】
絶縁基板と、複数の行電極と、複数の列電極と、複数のカーボンナノチューブ加熱素子と、を備える加熱器であって、
前記複数の行電極は、互いに平行し、等間隔に前記絶縁基板の１つの表面に設置され、
前記複数の列電極は、互いに平行し、等間隔に前記絶縁基板の前記複数の行電極が設置された表面に設置され、該複数の行電極と該複数の列電極は交叉し、複数の格子を形成し、
１つの前記格子は、隣接する二つの行電極と、隣接する二つの列電極とからなり、
１つの前記格子に、１つの前記カーボンナノチューブ加熱素子が設置され、且つ１つの前記カーボンナノチューブ加熱素子はそれぞれ隣接する前記行電極と列電極に電気的に接続され、
少なくとも１つの前記カーボンナノチューブ加熱素子が、独立した加熱点として制御されることを特徴とする加熱器。
【請求項１】
絶縁基板と、複数の行電極と、複数の列電極と、複数の加熱ユニットと、を備える加熱器であって、
前記複数の行電極は、互いに平行し、等間隔に前記絶縁基板の１つの表面に設置され、
前記複数の列電極は、互いに平行し、等間隔に前記絶縁基板の前記複数の行電極が設置された表面に設置され、該複数の行電極と該複数の列電極は交叉し、複数の格子を形成し、
１つの前記加熱ユニットは、隣接する二つの前記行電極と、隣接する二つの前記列電極とによって形成される前記格子に配置され、
前記加熱ユニットは、加熱素子、第一電極、第二電極を含み、
前記第一電極と第二電極とは間隔を置いて、前記加熱素子に電気的に接続され、
前記第一電極が、前記行電極に接続され、
前記第二電極が、前記列電極に接続され、
前記加熱素子は、少なくとも１つのカーボンナノチューブ構造体、カーボンナノチューブ複合体又はカーボンナノチューブサイジング層からなることを特徴とする加熱器。
【請求項２】
絶縁基板と、複数の行電極と、複数の列電極と、複数のカーボンナノチューブ加熱素子と、を備える加熱器であって、
前記複数の行電極は、互いに平行し、等間隔に前記絶縁基板の１つの表面に設置され、
前記複数の列電極は、互いに平行し、等間隔に前記絶縁基板の前記複数の行電極が設置された表面に設置され、該複数の行電極と該複数の列電極は交叉し、複数の格子を形成し、
１つの前記格子は、隣接する二つの行電極と、隣接する二つの列電極とからなり、
１つの前記格子に、１つの前記カーボンナノチューブ加熱素子が設置され、且つ１つの前記カーボンナノチューブ加熱素子はそれぞれ隣接する前記行電極と列電極に電気的に接続され、
少なくとも１つの前記カーボンナノチューブ加熱素子が、独立した加熱点として制御されることを特徴とする加熱器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１０−２３２１７８（Ｐ２０１０−２３２１７８Ａ）
【公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−７５４２０（Ｐ２０１０−７５４２０）
【出願日】平成２２年３月２９日（２０１０．３．２９）
【出願人】（５９８０９８３３１）ツィンファ ユニバーシティ (534)
【出願人】（５０００８０５４６）鴻海精密工業股▲ふん▼有限公司 (1,018)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２９日（２０１０．３．２９）
【出願人】（５９８０９８３３１）ツィンファ ユニバーシティ (534)
【出願人】（５０００８０５４６）鴻海精密工業股▲ふん▼有限公司 (1,018)
【Ｆターム（参考）】
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